专利名称：高功率光纤激光器端部微通道冷却器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种高功率光纤激光器端部(输入端或输出端)的冷却装置。
背景技术：
自1988年E. Snitzer等人提出双包层光纤概念之后，基于这种包层泵浦技术的光纤激 光器获得了迅猛的发展。2007年单纤输出功率已经达到3kW，利用多纤耦合技术已经在实验 室完成数万瓦的光纤激光器。
与传统的固体激光器相比，高功率双包层光纤激光器有很大的表面积与体积比，工作在 低功率时能有效散失抽运光所沉积的热量。但是，随着输出功率不断提高，尤其当激光输出 达到kW量级时，大量的热量沉积在光纤的输入端或输出端，光纤基质材料热扩散将引起应力 和折射率的变化。由于热量沉积和掺杂纤芯中温度升高，将导致量子效率降低，引起输出波 长变化，甚至导致基质熔化、光纤端面损坏，使光纤激光器不能正常工作。因此，如何高效 散热是高功率光纤激光器研究中迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高功率光纤激光器端部微通道冷却器，该冷却器具有冷却效 果明显和实用性强的特点。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是高功率光纤激光器端部微通道冷却器， 其特征在于它包括凹型座l、微通道散热器2;微通道散热器2位于凹型座1的凹槽14内，
微通道散热器2上的冷却介质流入通道6与凹型座1上的第一冷却介质流入孔4相通，微通 道散热器2上的冷却介质流出通道7与凹型座1上的第一冷却介质流出孔5相通，微通道散 热器2上的光纤通过通道9的右端与凹型座1上的凹槽14右侧的第一光纤通过孔3相通，微 通道散热器2上的光纤通过通道9的左端与凹型座1上的凹槽14左侧的第三光纤通过孔13 相通；光纤通过通道9位于冷却介质流入通道6与冷却介质流出通道7之间；凹型座1、微 通道散热器2的材料均为金属。
微通道散热器2由左微通道散热片15、中间微通道散热片16、右微通道散热片17固定 成一体，中间微通道散热片16位于左微通道散热片15与右微通道散热片17之间，中间微通 道散热片16为10 100片；左微通道散热片15、中间微通道散热片16、右微通道散热片17 的中部均设有第二光纤通过孔20，左微通道散热片15上的第二光纤通过孔、中间微通道散 热片16上的第二光纤通过孔限、右微通道散热片17上的第二光纤通过孔20构成光纤通过通 道9;中间微通道散热片16、右微通道散热片17的上端部均设有第二冷却介质流入孔21， 左微通道散热片15的上端部设有冷却介质流入凹槽18，左微通道散热片15上的冷却介质流 入凹槽18、中间微通道散热片16的第二冷却介质流入孔、右微通道散热片17上的第二冷却 介质流入孔21构成冷却介质流入通道6;左微通道散热片15、中间微通道散热片16的下端 部均设有第二冷却介质流出孔19，右微通道散热片17的下端部设有冷却介质流出凹槽22， 右微通道散热片17上的冷却介质流出凹槽22、中间微通道散热片16上的第二冷却介质流出孔19、左微通道散热片15上的第二冷却介质流出孔构成冷却介质流出通道7;右微通道散热 片17的左侧设有第一环形凹槽微通道23，第一环形凹槽微通道23的上端与右微通道散热片 17上的第二冷却介质流入孔21相连通，第一环形凹槽微通道23的下端与冷却介质流出凹槽 22相连通，右微通道散热片17上的第二光纤通过孔20位于第一环形凹槽微通道23内侧； 中间微通道散热片16上的侧面设有第二环形凹槽微通道8，第二环形凹槽微通道8的上端与 中间微通道散热片16上的第二冷却介质流入孔21相连通，第二环形凹槽微通道8的下端与 中间微通道散热片16上的第二冷却介质流出孔19相连通，中间微通道散热片16上的第二光 纤通过孔20位于第二环形凹槽微通道8的内侧；左微通道散热片15的右侧设有第三环形凹 槽微通道24，第三环形凹槽微通道24的上端与左微通道散热片15上的冷却介质流入凹槽18 相连通，第三环形凹槽微通道24的下端与左微通道散热片15上的第二冷却介质流出孔19相 连通，左微通道散热片15上的第二光纤通过孔20位于第三环形凹槽微通道24的内侧。
本发明冷却器的有益效果是高功率光纤激光器运行时，由于量子效率的限制，泵浦光 不能完全转换为激光，掺杂离子的吸收转换为热能，大量积聚在光纤的端部，通过热传导， 热量将从光纤与微通道散热器的微通道散热片接触面流向环形凹槽微通道(光纤穿过光纤通 过通道)，再由环形凹槽微通道的冷却介质进行热交换，最后热量由冷却介质及时带走，从而 实现了光纤端部冷却；使高功率光纤激光器持续、稳定的正常运行，延长其使用寿命。本发 明冷却器具有散热均匀、冷却效果明显和实用性强等特点。本发明特别适用于二百瓦 二千
瓦的光纤激光器(即高功率光纤激光器)。
图1为本发明的结构示意图2是图1的A-A剖视图(右视)；
图3为本发明的凹型座的结构示意图4为本发明的微通道散热器的结构示意图5是图4中微通道散热器的左微通道散热片的左视图6为本发明的主视图7是图4中左微通道散热片的右视图8是图4中右微通道散热片的左视图中卜凹型座，2-微通道散热器，3-第一光纤通过孔，4-第一冷却介质流入孔，5-第一冷却介质流出孔，6-冷却介质流入通道，7-冷却介质流出通道，8-第二环形凹槽微通道， 9-光纤通过通道，IO-L形板，11-侧板，12-螺钉，13-第三光纤通过孔，14-凹槽，15-左微 通道散热片，16-中间微通道散热片，17-右微通道散热片，18-冷却介质流入凹槽，19-第二 冷却介质流出孔，20-第二光纤通过孔，21-第二冷却介质流入孔，22-冷却介质流出凹槽，23-第一环形凹槽微通道，24-第三环形凹槽微通道。
具体实施例方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。 如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，高功率光纤激光器端部微通道冷却器，它包括ra型座1、微通道散热器2;微通道散热器2位于凹型座1的凹槽14内，微通道散热器 2上的冷却介质流入通道6与M型座1上的第一冷却介质流入孔4相通(凹型座1的第一冷 却介质流入孔4处可设凹槽，凹槽内放置O型橡胶密封垫，进行冷却介质流入通道6与第一 冷却介质流入孔4之间连接处的冷却介质密封)，微通道散热器2上的冷却介质流出通道7与 凹型座1上的第一冷却介质流出孔5相通(凹型座1的第一冷却介质流出孔5处可设凹槽， 凹槽内放置0型橡胶密封垫，进行冷却介质流出通道7与第一冷却介质流出孔5之间连接处 的冷却介质密封)，微通道散热器2上的光纤通过通道9的右端与凹型座1上的凹槽14右侧 的第一光纤通过孔3相通(图1的右边为右，左边为左)，微通道散热器2上的光纤通过通道 9的左端与凹型座1上的凹槽14左侧的第三光纤通过孔13相通；光纤通过通道9位于冷却 介质流入通道6与冷却介质流出通道7之间；凹型座1、微通道散热器2的材料均为金属(散 热性好的材料，如铜，也可以是其它热传导系数较大的金属)。
微通道散热器2由左微通道散热片15、中间微通道散热片16、右微通道散热片17固定 (如焊接)成一体{左微通道散热片15与中间微通道散热片16固定(如焊接)，中间微通道 散热片16与右微通道散热片17固定(如焊接)，中间微通道散热片与中间微通道散热片之间 相互固定(如焊接)}，中间微通道散热片16位于左微通道散热片15与右微通道散热片17 之间，中间微通道散热片16为10 100片(根据需要确定)；左微通道散热片15、中间微通 道散热片16、右微通道散热片17的中部均设有第二光纤通过孔20，左微通道散热片15上的 第二光纤通过孔、中间微通道散热片16上的第—光纤通过孔限、右微通道散热片17上的第 二光纤通过孔20构成光纤通过通道9;中间微通道散热片16、右微通道散热片17的上端部 均设有第二冷却介质流入孔21，左微通道散热片15的上端部设有冷却介质流入凹槽18，左 微通道散热片15上的冷却介质流入凹槽18、中间微通道散热片16的第二冷却介质流入孔、 右微通道散热片17上的第二冷却介质流入孔21构成冷却介质流入通道6;左微通道散热片 15、中间微通道散热片16的下端部均设有第二冷却介质流出孔19，右微通道散热片17的下 端部设有冷却介质流出凹槽22，右微通道散热片17上的冷却介质流出凹槽22、中间微通道 散热片16上的第二冷却介质流出孔19、左微通道散热片15上的第二冷却介质流出孔构成冷 却介质流出通道7;右微通道散热片17的左侧设有第一环形凹槽微通道23，第一环形凹槽微 通道23的上端与右微通道散热片17上的第二冷却介质流入孔21相连通，第一环形凹槽微通 道23的下端与冷却介质流出凹槽22相连通，右微通道散热片17上的第二光纤通过孔20位 于第一环形凹槽微通道23内侧；中间微通道散热片16上的侧面(左侧或右侧，或左右侧均 设置，图2中为右侧)设有第二环形凹槽微通道8，第二环形凹槽微通道8的上端与中间微 通道散热片16上的第二冷却介质流入孔21相连通，第一环形凹槽微通道8的下端与中间微 通道散热片16上的第二冷却介质流出孔19相连通，中间微通道散热片16上的第二光纤通过 孔20位于第二环形凹槽微通道8的内侧；左微通道散热片15的右侧设有第三环形凹槽微通 道24，第三环形凹槽微通道24的上端与左微通道散热片15上的冷却介质流入凹槽18相连 通，第三环形凹槽微通道24的下端与左微通道散热片15上的第二冷却介质流出孔19相连通， 左微通道散热片15上的第二光纤通过孔20位于第三环形凹槽微通道24的内侧。所述的第一环形凹槽微通道23为10 40条(按照要求，合理设计微通道数)，第二环形 凹槽微通道8为10 40条(按照要求，合理设计微通道数)，第三环形凹槽微通道24为10 40条(按照要求，合理设计微通道数)；为了能清楚地显示结构，图2、图7、图8中只画出 了 4条环形凹槽微通道。
所述的第一环形凹槽微通道23的形状为长方形、梯形或倒三角形(图中采用长方形)， 第二环形凹槽微通道8的形状为长方形、梯形或倒三角形(图中采用长方形)，第三环形凹槽 微通道24的形状为长方形、梯形或倒三角形(图中采用长方形)。
所述的M型座1包括L形板10、侧板11，侧板11的下端部与L形板10的底部固定连接 (如焊接或由螺钉12固定)，侧板11与L形板10围成凹槽14;侧板11上设有第一光纤通 过孔3、第一冷却介质流入孔4; L形板10的竖部设有第一冷却介质流出孔5、第三光纤通过 孔13。
所述的冷却介质为水(去离子水)，也可以是其它类型的流动性液体或气体。 由于光纤端部一定长度(一般l-2cm)内都需要散热，以保护端面和输出膜或光栅，因此， 片数不能太少。要根据散热量、需散热长度确定。若需要散热的长度较长，为了降低工艺难 度和成本，避免微通道片数过多，也可把"中间微通道散热片16"中的部分做成较厚的白片， 即，在它的上面没有微通道，只有冷却介质的出入口和光纤通道。 下面是一个具体实施的例子
选取导热性能好的金属铜作为凹型座和微通道散热器的材料；
凹型座的外围尺寸(长X宽X高)为31隱X20mmX25隱，凹槽14的尺寸(长X宽X高) 为2]細X20腿X20腿；冷却介质出入口内、外半径分别为l咖和2mm; 微通道散热器2由40个相同的单层微通道散热片装配而成；
微通道散热片的尺寸(厚X宽X高)为0.5鹏X20mmX20咖，微通道散热片内的单个微通 道为长方形，通道宽和深分别为300Wn和350Wn;
若双包层光纤的保护层直径为800Mm，则在凹型座的两侧和微通道散热片的中央开一个 直径为lmm的圆孔，以便光纤穿过，然后在光纤与圆孔的空隙中填入乳状硅胶。
实验表明本发明可使高功率光纤激光器端部产生的大量热量由冷却剂及时带走，从而 实现光纤端部冷却。该冷却器具有制冷效果明显和实用性强的特点。
权利要求
1.高功率光纤激光器端部微通道冷却器，其特征在于它包括凹型座(1)、微通道散热器(2)；微通道散热器(2)位于凹型座(1)的凹槽(14)内，微通道散热器(2)上的冷却介质流入通道(6)与凹型座(1)上的第一冷却介质流入孔(4)相通，微通道散热器(2)上的冷却介质流出通道(7)与凹型座(1)上的第一冷却介质流出孔(5)相通，微通道散热器(2)上的光纤通过通道(9)的右端与凹型座(1)上的凹槽(14)右侧的第一光纤通过孔(3)相通，微通道散热器(2)上的光纤通过通道(9)的左端与凹型座(1)上的凹槽(14)左侧的第三光纤通过孔(13)相通；光纤通过通道(9)位于冷却介质流入通道(6)与冷却介质流出通道(7)之间；凹型座(1)、微通道散热器(2)的材料均为金属。
2. 根据权利要求1所述的高功率光纤激光器端部微通道冷却器，其特征在于微通道散热器(2)由左微通道散热片(15)、中间微通道散热片(16)、右微通道散热片(17)固定成一体，中间微通道散热片(16)位于左微通道散热片(15)与右微通道散热片(17)之间，中间微通道散热片(16)为10 100片；左微通道散热片(15)、中间微通道散热片(16)、右微通道散热片(17)的中部均设有第二光纤通过孔(20)，左微通道散热片(15)上的第二光纤通过孔、中间微通道散热片(16)上的第二光纤通过孔限、右微通道散热片(17)上的第二光纤通过孔(20)构成光纤通过通道(9);中间微通道散热片(16)、右微通道散热片(17)的上端部均设有第二冷却介质流入孔(21)，左微通道散热片(15)的上端部设有冷却介质流入凹槽(18)，左微通道散热片(15)上的冷却介质流入凹槽(18)、中间微通道散热片(16)的第二冷却介质流入孔、右微通道散热片(17)上的第二冷却介质流入孔(21)构成冷却介质流入通道(6);左微通道散热片(15)、中间微通道散热片(16)的下端部均设有第二冷却介质流出孔(19)，右微通道散热片(17)的下端部设有冷却介质流出凹槽(22)，右微通道散热片(17)上的冷却介质流出凹槽(22)、中间微通道散热片(16)上的第二冷却介质流出孔(19)、左微通道散热片(15)上的第二冷却介质流出孔构成冷却介质流出通道(7);右微通道散热片(17)的左侧设有第一环形凹槽微通道(23)，第一环形凹槽微通道(23)的上端与右微通道散热片(17)上的第二冷却介质流入孔(21)相连通，第一环形凹槽微通道(23)的下端与冷却介质流出凹槽(22)相连通，右微通道散热片(17)上的第二光纤通过孔(20)位于第一环形凹槽微通道(23)内侧；中间微通道散热片(16)上的侧面设有第二环形凹槽微通道(8)，第二环形凹槽微通道(8)的上端与中间微通道散热片(16)上的第二冷却介质流入孔(21)相连通，第二环形凹槽微通道(8)的下端与中间微通道散热片(16)上的第二冷却介质流出孔(19)相连通，中间微通道散热片(16)上的第二光纤通过孔(20)位于第二环形凹槽微通道(8)的内侧；左微通道散热片(15)的右侧设有第三环形凹槽微通道(24)，第三环形凹槽微通道(24)的上端与左微通道散热片(15)上的冷却介质流入凹槽(18)相连通，第三环形凹槽微通道(24)的下端与左微通道散热片(15)上的第二冷却介质流出孔(19)相连通，左微通道散热片(15)上的第二光纤通过孔(20)位于第三环形凹槽微通道(24)的内侧。
3. 根据权利要求2所述的高功率光纤激光器端部微通道冷却器，其特征在于所述的第-环形凹槽微通道(23)为10 40条，第二环形凹槽微通道(8)为10 40条，第二环形凹槽微通道(24)为10 40条。
4. 根据权利要求2所述的高功率光纤激光器端部微通道冷却器，其特征在于所述的第一环形凹槽微通道(23)的形状为长方形、梯形或倒三角形，第二环形凹槽微通道(8)的形状为长方形、梯形或倒三角形，第三环形凹槽微通道(24)的形状为长方形、梯形或倒三角形。
5. 根据权利要求1所述的高功率光纤激光器端部微通道冷却器，其特征在于所述的凹型座(1)包括L形板(10)、侧板(11)，侧板(11)的下端部与L形板(10)的底部固定连接，侧板(11)与L形板(10)围成凹槽(14);侧板(11)上设有第一光纤通过孔(3)、第一冷却介质流入孔(4); L形板(10)的竖部设有第一冷却介质流出孔(5)、第三光纤通过孔(13)。
全文摘要
本发明涉及一种高功率光纤激光器端部(输入端或输出端)的冷却装置。高功率光纤激光器端部微通道冷却器，其特征在于它包括凹型座、微通道散热器；微通道散热器位于凹型座的凹槽内，微通道散热器上的冷却介质流入通道与凹型座上的第一冷却介质流入孔相通，微通道散热器上的冷却介质流出通道与凹型座上的第一冷却介质流出孔相通，微通道散热器上的光纤通过通道的右端与凹型座上的凹槽右侧的第一光纤通过孔相通，微通道散热器上的光纤通过通道的左端与凹型座上的凹槽左侧的第三光纤通过孔相通；光纤通过通道位于冷却介质流入通道与冷却介质流出通道之间；凹型座、微通道散热器的材料均为金属。该冷却器具有散热均匀、冷却效果明显和实用性强的特点。
文档编号H01S3/042GK101640365SQ200910063718
公开日2010年2月3日 申请日期2009年8月25日 优先权日2009年8月25日
发明者刘国华 申请人:武汉工程大学